开关电源的工作原理?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-06-24
开关电源工作原理

开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。 与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。

  开关电源一般有三种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,开关电源输出电压也有三种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。

  根据开关器件在电路中连接的方式,目前比较广泛使用的开关电源,大体上可分为:串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中,变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分,还可以分成更多种类。

电进入电源,首先要经过扼流圈和电容,滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容,进一步滤除高频杂波。接下来再经过由
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个二极管组成的全桥电路整流(编者注:也有半桥等其他电路),和大容量的滤波电容滤波后,电流才由高压交流电转换为高压直流电。虽然经过了交流到直流的转变过程,但这还只是个先头工序,电流还是不能直接供给设备使用的,还要做进一步的调整。经过了交直转换后,电流就进入了整个电源最核心的部分:开关电路。开关电路主要由两个开
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关管组成,通过它们的轮流导通和截止,便将直流电转换为高频率的脉动直流电。接下来,再送到高频开关变压器上进行降压。经过高频开关变压器降压后的脉动电压,同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波,此外还会有
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个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分。经过上面一系列工序后,输出的的电流,才算真正完成设备所需要的较为纯净的低压直流电。

开关电源是一种电压转换电路。因为用作功率输出的三极管总是工作在
“开”
和“关”
的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个脉冲振荡电路。利用脉冲波形控制功率输出三极管“开”和“关”的时间比例,实现输出电压、电流的控制。这种转换电能的方式不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器电源相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰。

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